Ứng dụng công nghệ sinh học trong chăn nuôi bò

1/  Công nghệ gieo tinh nhân tạo (Atifical Insemination- AI)

Lịch sử phát triển

Gieo tinh nhân tạo (GTNT) là những kĩ thuật được sử dụng để lấy tinh trùng của con đực đưa vào đường sinh dục của con cái mà vẫn cho hiệu quả thụ thai và sinh sản tương đương so với giao phối tự nhiên.

Năm 1900, lần đầu tiên GTNT được thực hiện trên bò bởi Ivanov (Nga), nhưng mãi đến năm 1950 công nghệ này mới phát triển hoàn chỉnh. Tháng giêng năm 1951 con bê đầu tiên đã được Stewart (Anh) báo cáo sinh ra từ tinh đông lạnh. Từ nửa sau của thế kỷ 20, việc ứng dụng GTNT vào chăn nuôi gia súc phát triển mạnh, nhất là ở các nước Mỹ, Anh, Pháp, Nga, Đan Mạch và Hà Lan. Vào giai đoạn 1955-1960, 50% đàn bò của các nước châu Âu đã được phối giống bằng biện pháp GTNT. Những năm gần đây số bò được GTNT tăng lên 90% ở châu Âu, ở Mỹ. 

Theo thống kê của FAO, năm 1991 cả thế giới mỗi năm sản xuất hơn 200 triệu liều tinh bò. Từ năm 1980-1991 mỗi năm có 46-57 triệu lượt GTNT được thực hiện trên bò. Trên thế giới hàng năm có khoảng trên 50 triệu lượt trâu bò được phối giống bằng kỹ thuật nhân tạo. 99% số bò sữa được gieo tinh nhân tạo.

Phát triển công nghệ AI tại Việt Nam

Đầu những năm 1960 Việt Nam đã áp dụng GTNT trên bò sữa bằng tinh lỏng. Năm 1972 -1973 nước ta bắt đầu sản xuất thử tinh đông viên tại trung tâm Moncada dưới sự trợ giúp của Cuba. Năm 1974 dùng tinh đông viên để phối giống cho bò. Năm 1978 sản xuất thành công tinh trâu đông lạnh. Năm 1998 sản xuất tinh cọng rạ trên dây chuyền sản xuất của Đức dưới sự tài trợ của Ngân hàng Thế giới. Sau những năm 2000, công nghệ sản xuất tinh cọng rạ được cải tiến nhằm nâng cao chất lượng tinh cọng rạ cũng như quy trình sản xuất dưới sự giúp đỡ của tổ chức JICA Nhật bản.

Từ năm 1995, nhờ các chương trình phát triển chăn nuôi, đặc biệt là chương trình cải tạo đàn bò (Sind hoá đàn bò) và phong trào chăn nuôi bò sữa phát triển mạnh, GTNT được áp dụng rộng rãi vào thực tiễn sản xuất ở mức nông hộ.

Hiện nay, hàng năm Trung tâm Moncada sản xuất khoảng 500 ngàn liều tinh bò thịt và bò sữa, ước số lượng tinh nhập từ bên ngoài khoảng 50 ngàn liều. Tuy nhiên số lượng tinh được sử dụng thực tế để phối cho đàn bò ước có khoảng 400 ngàn liều. Như vậy, hàng năm nước ta có trên 200 ngàn bò cái được phối giống bằng GTNT.

Nhờ kỹ thuật này những con bò đực giống xuất sắc nhất thế giới có thể được phối giống một cách nhân tạo cho đàn bò cái ở bất cứ nơi nào ta muốn. Chỉ cần số lượng ít đực giống thật xuất sắc đã được chọn lọc và một thời gian ngắn để tạo ra đàn con chất lượng cao, số lượng nhiều với giá thành rẻ. Chính vì vậy mà kỹ thuật TTNT đã góp phần rất lớn đến tốc độ cải tiến di truyền đàn bò trên thế giới mấy chục năm qua. Nhờ GTNT chúng ta đã có những con bò lai F1 giống sữa năng suất 3000-4000 kg/chu kì, cao gấp 10 lần bò địa phương chỉ sau một bước lai. Tương tự con lai F1 giữa giống bò thịt cao sản ôn đới với bò cái Việt Nam có thể cho tăng trọng bình quân trên 600 gam/ngày so với bò địa phương chỉ 200 gam/ngày.

Hơn 30 năm áp dụng GTNT trên đàn bò đã chứng tỏ tính ưu việt và hiệu quả kinh tế to lớn của công nghệ mang lại. Tuy vậy GTNT vẫn rất khó thành công ở những vùng chăn nuôi phân tán, chăn nuôi quảng canh, ở đó việc giao phối của gia súc đực và cái trong đàn không được kiểm soát. Thiếu cán bộ kỹ thuật làm công tác GTNT, thiếu thiết bị chuyên dùng như bình chứa nitơ và nguồn nitơ cung cấp. Những hạn chế này đang được khắc phục và ngày càng được cải thiện. Để công nghệ GTNT phát huy hiệu quả rộng khắp trên cà nước cần giải quyết một số công việc sau:

- Tiếp tục thực hiện, phổ biến rộng hơn kỹ thuật GTNT trên bò (vì hiện nay chỉ đạt khoảng 12,6% trên cả nước), khắc phục những hạn chế khi áp dụng ở vùng sâu và xa, để tránh gây “hiệu quả ngược” làm người chăn nuôi không muốn tiếp tục áp dụng kỹ thuật này.

- Cải thiện chất lượng bò đực giống và tinh bò đực giống do Trung tâm Moncada sản xuất. Đàn bò đực giống của Trung tâm Moncada hiện nay chưa được kiểm tra năng suất qua đời sau (chưa chứng minh là bò đực có thể làm giống). Tinh do Trung tâm sản xuất ra chưa cạnh tranh được với tinh nhập ngoại. Năng suất sữa của đàn bò sữa nước ta được cải thiện quá chậm sau hơn 20 năm thực hiện kỹ thuật GTNT.

- Nên xây dựng thêm một trung tâm sản xuất tinh bò đông lạnh ở khu vực Đông Nam Bộ.

2/ Công nghệ cấy truyền phôi (Embryo Transfer- ET)

Là kĩ thuật lấy trứng đã thụ tinh (phôi) trong ống dẫn trứng ra khỏi cơ thể của con bò mẹ (con cho), cấy vào vòi trứng hoặc tử cung của con mẹ khác (con nhận) có trạng thái sinh lí tương ứng (đồng pha) thì phôi có thể tiếp tục phát triển trong cơ thể con nhận (mẹ nuôi) để cho ra đời một cá thể mới. Đặc tính di truyền của cá thể sinh ra bằng cấy phôi không phụ thuộc vào mẹ nuôi (con nhận phôi). Chính nhờ đặc điểm này, những con mẹ có phẩm chất di truyền thấp (thí dụ bò ta) có thể làm con nhận phôi cho cá thể có phẩm chất ưu việt hoặc kỉ lục (thí dụ phôi của bò sữa cao sản) để sinh ra bò sữa cao sản.

Lịch sử phát triển

Kỹ thuật này được khai sinh bởi W.Heap khi ông đã thí nghiệm thành công cấy phôi từ thỏ mẹ Angora sang thỏ Bỉ vào năm 1891. Trong lĩnh vực sinh sản đại gia súc con bê đầu tiên ra đời bằng kĩ thuật cấy phôi vào năm 1964. Năm 1970 nghiên cứu thành công bảo quản phôi đông lạnh. Từ năm 1980 với sự xuất hiện của phương pháp thu trứng không qua phẫu thuật và gây rụng nhiều trứng nhờ PGF₂α kĩ thuật này đã trở thành một công nghệ. Chỉ tính riêng ở Mỹ năm 1981 đã có 2000 con bò tạo ra từ công nghệ này. Năm 1983  tăng lên 60.000 con. Đến năm 1990 cả thế giới đã sản xuất được trên 150.000 phôi/năm. Năm 1999 đã có trên 700.000 phôi bò và trên 520.000 phôi trong số này đã được cấy cho bò cái. Ở Nhật năm 2003 có 19.500 bê được sinh ra từ ET.

Nếu gieo tinh nhân tạo nhằm khai thác tối ta đực giống xuất sắc thì cấy truyền phôi nhằm khai thác tối đa tiềm năng di truyền của những cá thể cái xuất sắc. Từ năm 1990, công nghệ ET cùng với công nghệ AI đã trở thành một công cụ hiệu quả nhất để thực hiện hệ thống nhân giống hạt nhân ở bò sữa. 

Nghiên cứu và phát triển công nghệ ET trên bò ở Việt Nam

Ở Việt Nam nhóm nghiên cứu của TS. Bùi Xuân Nguyên (Viện công nghệ sinh học) đã nghiên cứu công nghệ phôi bò từ năm 1980. Nhiều đề tài cấp nhà nước đã đầu tư liên tục từ năm 1981-1995 cho nhóm nghiên cứu này. Việc sản xuất phôi bằng gây rụng trứng nhiều, thụ tinh trong ống nghiệm, cắt phôi đã bước đầu cho kết quả. Năm 1986 con bê đầu tiên ở nước ta ra đời từ công nghệ ET. Từ năm 1990, nhóm nghiên cứu của PGS.TS. Hoàng Kim Giao (Viện chăn nuôi) đã thành công trong kỹ thuật cấy truyền phôi trên bò (1994) và kỹ thuật cắt phôi tạo ra 2 con bê sữa từ một trứng (2002). Đây là 2 đơn vị mạnh nhất Việt Nam hiện nay. Ngoài ra  một số đơn vị khác như trường Đại học khoa học tự nhiên Thành phố Hồ Chí minh, Viện quân y 103, Viện Khoa học kĩ thuật nông nghiệp miền Nam cũng đã hình thành và phát triển nhóm nghiên cứu về ET. Một số địa phương cũng đầu tư kinh phí từ nguồn sự nghiệp khoa học tỉnh nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật ET trên đàn bò sữa. Kết quả nghiên cứu và triển khai kỹ thuật ET trong sản xuất những năm qua cho thấy, đội ngũ cán bộ kỹ thuật trong nước hoàn toàn có thể làm chủ kỹ thuật này. Một số chỉ tiêu kĩ thuật đã được công bố như sau:

-         Số phôi thu được trên một lần xử lí là 3,3 phôi. 74,7% số phôi thu được có thể sử dụng cho cấy truyền phôi.

-         Tỷ lệ thành công khi cấy phôi tươi là 27-29%, phôi đông lạnh 40-45%. Trung bình khoảng 35%.

-         Tỷ lệ bò đẻ bình thường so với bò mang thai từ cấy phôi khoảng 80% (mất phôi, sảy thai, đẻ non khoảng 20%).

-         Số trứng thu được từ một bò trên một lần xử lí 6-11 trứng, trung bình 7 trứng.

-         Kết quả nuôi trứng chín đạt 70- 79%. Trung bình 75%

-         Tỷ lệ thụ tinh in-vitro 23,1-50,6%. Trung bình 35%

-         Tỷ lệ hợp tử phát triển đến phôi dâu và phôi nang 19,6-32,4%. Trung bình 26%.

-         Tỷ lệ cắt thành công phôi dâu và phôi nang sớm 56,6%

-         Tỷ lệ thụ tinh in-vitro từ tinh bò phân biệt giới tính đạt 29,9%. Tỷ lệ tạo phôi dâu và phôi nang đạt 35%.  

Những khó khăn và hướng khắc phục

Ưu điểm của công nghệ ET rất rõ ràng. Kể từ khi con bê đầu tiên ra đời ở Việt Nam bằng công nghệ ET (năm 1986) đến nay đã trên 20 năm. Thế nhưng kĩ thuật cấy truyền phôi vẫn chưa phát huy hiệu quả trong thực tiễn sản xuất như kĩ thuật gieo tinh nhân tạo. Có thể do những lí do chính sau:

1.   Chúng ta chưa đánh giá đúng mức “tầm quan trọng” của công nghệ này, vì vậy nên chưa có đầu tư thoả đáng để nghiên cứu và phát triển nó. Các nước xung quanh ta như: Trung Quốc, Hàn Quốc, Nhật Bản… đã tích cực đẩy mạnh việc đưa kỹ thuật vào sản xuất. Nhờ vậy, năng suất đàn bò sữa của họ đã được cải thiện đáng kể, đạt mức trung bình 7.000-8.000 kg/chu kỳ (đàn cao sản đã đạt 10.000kg/chu kỳ) chỉ trong khoảng thời gian 25-30 năm.

2.   Chưa xác định đúng mục tiêu và sản phẩm của công nghệ ET.

Công nghệ ET cần được ưu tiên áp dụng trong việc sản xuất ra bò đực giống xuất sắc nhất để sản xuất tinh đông lạnh và phối giống trực tiếp. Đây là con đường ngắn nhất cải tiến di truyền sản xuất cho đàn bò cả nước và tiết kiệm được ngoại tệ so với nhập tinh và bò đực sống như hiện nay. Ngoài ra, công nghệ ET còn được sử dụng để kiểm tra năng suất của bò đực giống qua “chị em”. Điều này giúp rút ngắn một nửa thời gian và giảm bớt chi phí so với kiểm tra năng suất cá thể của bò đực giống qua “đời sau”. Trước mắt thực hiện hệ thống nhân giống hạt nhân mở kết hợp gây rụng trứng nhiều và cấy phôi (open nucleus brreding system- multiple ovulation embryo transfer, ONBS-MOET) trên bò sữa. Kỹ thuật ET ban đầu chưa thể áp dụng “mô hình” của GTNT, nó nên được thực hiện trước tiên ở các trại bò giống năng suất cao và được quản lí tốt như: RRTC, Ba Vì, Mộc Châu… để sản xuất ra những con giống có năng suất cao hơn hẳn, làm minh chứng cho hiệu quả “vượt trội“ của kỹ thuật này. Sau đó, cần tổ chức những Trung tâm ET ở những vùng chăn nuôi bò sữa, bò thịt trọng điểm (TP.HCM, Hà Nội…), nơi có đủ điều kiện thiết bị, chuồng trại, cán bộ… để thực hiện kỹ thuật này, sản xuất và cung cấp phôi, con giống tốt từ cấp phôi ra xung quanh.

3.  Chúng ta chưa có nhiều bò cái xuất sắc để lấy trứng và sản xuất phôi

Bò cái đang được nuôi trong nông hộ và các trang trại do các doanh nghiệp quản lí. Việc ghi chép cá thể về sinh sản và sản lượng sữa không thường xuyên và chưa có hệ thống vì vậy rất khó để phát hiện ra những bò cái cao sản. Việc khai thác trứng và phôi từ những bò cái có năng suất trung bình sẽ không có ý nghĩa cải tiến di truyền ở thế hệ sau, không đúng với mục tiêu của công nghệ ET. Cần thiết có một hệ thống quản lí và đánh giá giống bò trên cả nước để phát hiện ra những cá thể bò cái ưu việt nhất cho lấy trứng và phôi. 

4.   ET là công nghệ mới, tỷ lệ thành công trong các khâu của kĩ thuật chưa cao nên hiệu quả kinh tế còn thấp, vì vậy chủ của bò cái xuất sắc chưa dám giao bò cho cán bộ lấy trứng và phôi.

Thử làm một phép tính: Giả sử có 10 bò cái xuất sắc được gây rụng trứng nhiều để tạo phôi, mỗi bò được 3,3 phôi cho một lần xử lí. Tỷ lệ phôi tươi đủ tiêu chuẩn đem cấy là 75%. Tỷ lệ thành công khi cấy là 35% và tỷ lệ bò đẻ bình thường trên số bò đậu thai là 80% thì số bê sinh ra bình thường từ 10 bò cái thu phôi sẽ là 6,93 con (10 x 3,3 x 0,75 x 0,35 x 0,8= 6,93). Tỷ lệ bê sinh ra bình thường so với số phôi là 6,93/33= 21%. Đây là con số lí thuyết. Thực tế kết quả của Nguyễn Quốc Đạt và ctv, 2003 tỷ lệ bê sinh ra so với số bò cấy phôi là 15,56%. Phạm Minh Trị và ctv, 2009 tỷ lệ này là 15,78%

Nếu tiến hành kĩ thuật hút trứng từ buồng trứng, nuôi trứng, thụ tinh trong ống nghiệm, nuôi phôi, cấy phôi thì tỷ lệ bê sinh ra bình thường so với trứng ban đầu còn thấp hơn rất nhiều. Theo số liệu thực tế từ phòng thí nghiệm (như nêu ra ở phần trên), từ 16 con bò xử lí hút được 100 trứng (7 trứng/bò). Từ 100 trứng hút ra chỉ sản xuất được 6,82 phôi (100 x 0,75 x 0,35 x 0,26= 6,82). Nếu tỷ lệ từ phôi ra bê là 15,7% (như thực tế) thì 6,82 phôi chỉ sản xuất được 1,07 con bê (6,82 x 0,157= 1,07). Nói cách khác từ 16 bò được xử lí, 100 trứng được hút ra ta thu được 1,07 con bê!  Rõ ràng với số liệu này chưa đủ thuyết phục chủ bò cái để họ hợp tác.

5.   Công nghệ ET đòi hỏi nhiều công đoạn phức tạp, nhiều khâu kĩ thuật cao hơn, khó thực hiện hơn so với công nghệ AI, đòi hỏi đội ngũ cán bộ có trình độ tay nghề cao và lý thuyết giỏi, phòng thí nghiệm được trang bị tốt. Tiềm lực này đang nằm rải rác ở nhiều Viện, trường và chưa nơi nào phát huy được tác dụng trong thực tiễn. Cần phối hợp tốt hơn giữa các đơn vị nghiên cứu và sản xuất của cả nước trong một chương trình chung nhằm đạt mục tiêu phát triển công nghệ ET tầm quốc gia. 

3/ Một số công nghệ sinh học khác có thể ứng dụng trên bò

- Kết hợp các kỹ thuật của sinh học phân tử (PCR-RFLP, SNPs, Bio Chip, Marker phân tử…), kỹ thuật ET với kỹ thuật chọn giống truyền thống (chọn giống qua kiểu hình như BLUP, EBV…) để chọn lọc và sản xuất ra những bò giống cao sản và không có những kiểu gien xấu ảnh hưởng đến sức khoẻ (thí dụ gien BLAD)

- Ứng dụng công nghệ gien (chuyển gien BST, Insulin…) để chuyển những gien hữu ích vào cơ thể bò sữa, bò thịt nhằm sản xuất ra những sản phẩm sữa, thịt không những đáp ứng nhu cầu thực phẩm mà còn dùng trong nhân y như những thực phẩm chức năng có tác dụng phòng và trị bệnh trên người.

- Ứng dụng công nghệ vi sinh để sản xuất ra các chế phẩm vi sinh hữu ích, đặc biệt là phù hợp với tiêu hoá ở dạ cỏ, để ngăn ngừa các bệnh rối loạn tiêu hoá, rối loạn biến dưỡng không những ảnh hưởng đến năng suất mà còn ảnh hưởng đến khả năng sinh sản của đại gia súc. Các chế phẩm vi sinh phục vụ nền chăn nuôi sinh thái, góp phần giảm ô nhiễm môi trường do chất thải chăn nuôi gây ra.

PGS.TS. Đinh Văn Cải